Analysis of magnetic resonance images of patients having spontaneous spinal cerebrospinal fluid leaks and intracranial hypotension using computerized image processing methods

Abstract

Spontane Beyin Omurilik Sıvısı Sızıntısı Hastalığı Beyin Omurilik Zarının yırtılması sonucu oluşan nörolojik bir hastalıktır. İlk tanımlandığı günden bu yana oldukça tanınsa da, hala doktorlar tarafından kolaylıkla teşhis edilen bir hastalık değildir. Bu hastalığın teşhisi için kullanılan lombar ponksiyonda, uzman, hastanın sırt bölgesine bir iğneyle girişimsel müdahalede bulunarak BOS basıncını ölçer. Bu yöntem teşhis için başvurulan önemli bir tekniktir, fakat girişimsel olmasından ötürü acı verebilir, iltihaplanma ve yeni sızıntılara sebep olabilir. Teşhis için, girişimsel olmayan alternatif olarak Manyetik Rezonans görüntüleme kullanılabilir. Hastalığın MR bulgularına dair yapılmış kapsamlı çalışmalar olmasına rağmen, bu çalışmalar tıp doktorları tarafından yürütülmüş olup görsel izlenimlere dayanmaktadır. Bu çalışmada, doktorlara teşhiste yardımcı olması amacıyla bilgisayarlı, sayısal bir analiz metodu geliştirilmiştir. Bu metotta MR görüntüleri kullanılarak, aşındırma, genleştirme, açılma, kapanma ve eşikleme gibi morfolojik işlemlerle beynin dış sınırlarının otomatik tespiti gerçekleştirilmiştir. Beyine ait her piksel için beyin sınırına asgari uzaklık değeri hesaplanmış, ardından uzaklığa karşılık ortalama piksel yoğunluk değeri grafiği çizdirilmiştir. Grafikten deneysel olarak bulunmuş iki aralığın toplam değerleri birbirine oranlanarak hastalıkla ilişkili bir sayı değeri elde edilmiştir. Farklı evrelerdeki gerçek hastalar üzerinde inceleme yapılarak bu sayısal değerin hastalıkla ilişkili olduğu doğrulanmıştır.

Spontaneous Spinal Cerebrospinal Fluid Leaks is a neurological syndrome based on cerebrospinal fluid leaks from one or more tears on the meninges. Since it was first described, the disease recognized better, but it hasn?t been an easily diagnosed disorder by medicine doctors yet. Diagnostic lumbar puncture, one of the methods used to diagnose SSCFL, is an invasive technique in which physician sticks a needle in to lumbar site of patient to measure opening pressure of cerebrospinal fluid. Though this technique is helpful for diagnosing SIH, it is invasive and may cause pain, inflammation or new leakages. MR imaging can be used as a noninvasive method. There are well documented studies which states MRI findings pertaining to this disease, but they have been conducted by medicine doctors and based upon visual inspection. In this study, a computerized and quantitative method has been developed to help medicine doctors in diagnosis. In this method, using MR images, boundary of brain is detected automatically by means of morphological operations such as morphological opening, closing and thresholding. For all pixels inside this boundary, a minimal distance value form boundary is calculated. Then, a graph is plotted with axes of average intensity value versus distance from brain boundary. An empirically determined region in the graph is divided by another one so that a number related with disease is obtained. By real patients in different phases of disease are examined and reasonable numbers are attained.